Beskrivning
I en värld av kvantfelskorrigering kommer en underdog för kungen.
Förra veckan rapporterade nya simuleringar från två grupper att en stigande klass av kvantfelkorrigerande koder är effektivare i en storleksordning än den nuvarande guldstandarden, känd som ytkoden. Koderna fungerar alla genom att omvandla en hord av felbenägna qubits till ett mycket mindre band av "skyddade" qubits som sällan gör misstag. Men i de två simuleringarna kan lågdensitetsparitetskontroll – eller LDPC – koder göra skyddade qubits av 10 till 15 gånger färre råa qubits än ytkoden. Ingen av grupperna har implementerat dessa simulerade språng i faktisk hårdvara, men de experimentella ritningarna tyder på att dessa koder, eller koder som dem, skulle kunna påskynda ankomsten av mer kapabla kvantenheter.
"Det ser verkligen ut som att det kommer att bli verklighet," sa Daniel Gottesman från University of Maryland, som studerar LDPC-koder men inte var involverad i de senaste studierna. "Dessa [koder] kan vara praktiska saker som avsevärt kan förbättra vår förmåga att tillverka kvantdatorer."
Klassiska datorer körs på bitar som sällan slår fel. Men de partikelliknande objekten - qubits - som kraftkvantdatorer förlorar sin kvantmojo när nästan vad som helst tvingar dem ut ur deras känsliga tillstånd. För att locka framtida qubits till användbarhet planerar forskare att använda kvantfelkorrigering, praxis att använda extra qubits för att redundant koda information. Det liknar till sin anda att skydda ett meddelande från statisk ström genom att säga varje ord två gånger och sprida informationen mellan fler tecken.
Den kanoniske kungen
1998 introducerade Alexei Kitaev från California Institute of Technology och Sergey Bravyi, då vid Landau Institute for Theoretical Physics i Ryssland, den kvantfelskorrigerande ytkoden. Den organiserar qubits i ett kvadratiskt rutnät och kör något som liknar ett spel minsvepare: Varje qubit ansluter till fyra grannar, så genom att kontrollera utsedda hjälp-qubits kan du diskret snoka på fyra databärande qubits. Beroende på om checken returnerar en 0 eller en 1, kan du sluta dig till om några av grannarna har gjort fel. Genom att kolla runt på tavlan kan du härleda var felen finns och åtgärda dem.
Beskrivning
Genom dessa kontroller – och mer subtila justeringar av osäker qubits – kan du också dölja en tillförlitlig qubit genom det kvadratiska blockets databärande qubits, inte precis här eller där utan typ överallt. Så länge de osäker qubits håller minsveparens operationer att brunna jämnt, förblir den dolda qubiten säker och kan manipuleras för att utföra operationer. På detta sätt smälter ytkoden elegant ihop många skumma qubits till en enda qubit som sällan felar.
"Det lite irriterande för mig är att ytkoden är det enklaste du kan tänka dig," sa Nikolas Breuckmann, en fysiker som blev matematiker vid University of Bristol som har ägnat flera år åt att försöka förbättra schemat. "Och det fungerar anmärkningsvärt bra."
Koden blev guldstandarden för felkorrigering; den var mycket tolerant mot qubits som inte beter sig, och rutnätet var lätt att visualisera. Som ett resultat påverkade ytkoden utformningen av kvantprocessorer och kvantvägkartor.
"Det har varit grejen att göra," sa Barbara Terhal, en kvantinformationsteoretiker vid forskningsinstitutet QuTech i Nederländerna. "Det här är chipet du måste göra."
Nackdelen med ytkoden, som ännu inte helt demonstrerats i praktiken, är en omättlig aptit på qubits. Större block av luddiga qubits behövs för att starkare skydda den pålitliga qubiten. Och för att göra flera skyddade qubits måste du sy ihop flera block. För forskare som drömmer om att köra kvantalgoritmer på många skyddade qubits är dessa betungande bördor.
2013 såg Gottesman en potentiell väg ut ur denna röra.
Forskare inklusive Terhal och Bravyi hade fann bevis vilket tyder på att, för en platt kod som bara kopplade grannar till grannar, så gjorde ytkoden så bra som man kunde hoppas. Men vad händer om du tillät varje check att länka långt liggande qubits tillsammans? Kvantinformationsteoretiker hade redan börjat utforska koder som innehåller sådana "icke-lokala" anslutningar, som slentrianmässigt kallas LDPC-koder. (Förvirrande nog är ytkoden tekniskt sett också en LDPC-kod, men i praktiken hänvisar termen ofta till de mer exotiska klanmedlemmarna med icke-lokala kontroller.)
Gottesman visade sedan att vissa LDPC-koder kunde vara mycket mindre glupska: De kunde klämma in flera skyddade qubits i ett enda block, vilket skulle hjälpa till att undvika ytkodens svällande qubit-krav för större algoritmer.
Men Gottesmans arbete var mycket idealiserat och ansågs i huvudsak vara oändliga svärmar av qubits. Den praktiska utmaningen var att se om forskare kunde skala ner LDPC-koder för att fungera i riktiga kvantenheter, samtidigt som de bevarade deras oomph.
Visa virtuellt skydd
Under de senaste två åren har Breuckmann och andra forskare har börjat granska prestandan hos LDPC-koder som kan köras på mindre och mindre system. Förhoppningen var att några skulle kunna passa in i dagens enheter, som kan leverera kanske 100 råa qubits.
Förra veckan, avtäckte ett team av forskare vid IBM under ledning av Bravyi en simulering av den minsta och mest konkreta LDPC-ritningen hittills, baserad på en LDPC-kod från en föga känt papper publicerades 2012. Det började med ytkodens kontroll av fyra angränsande qubits och lade till två noggrant utvalda ”icke-lokala” qubits.
De simulerade de olika fel som kunde uppstå om koden kördes på en riktig krets, en process som är som att sticka in ett digitalt stridsflygplan i en digital vindtunnel och se hur det flyger. Och de fann att deras kod kunde skydda dess pålitliga qubits mycket mer effektivt än ytkoden. I en testkörning tog koden 288 råa qubits som misslyckades 0.1 % av tiden och använde dem för att skapa 12 skyddade qubits med en felfrekvens som var 10,000 4,000 gånger lägre. För samma uppgift, uppskattade teamet, skulle ytkoden ha krävt mer än XNUMX XNUMX inmatade qubits.
"Vi blev mycket förvånade över det", säger Andrew Cross, en forskare på IBM-teamet.
Simuleringen retar möjligheten att få morgondagens felkorrigering idag, för medan ingen har tillgång till 4,000 XNUMX qubits, finns enheter med hundratals qubits precis runt hörnet.
"Du kan se en ganska stor mängd feltolerans med enheter som har ett antal qubits som vi har idag," sa Gottesman.
En dag efter att IBM:s preprint dök upp, ett samarbete mellan flera institutioner av forskare under ledning Mikhail Lukin från Harvard University och Liang Jiang från University of Chicago publicerade liknande resultat. (Forskarna avböjde att diskutera sitt arbete, som har skickats till en peer-reviewed tidskrift.) De hade dammat av två andra LDPC koder, modifierade dem för simulering och fann att de också krävde ungefär en tiondel av antalet ingående qubits för att göra dussintals till hundratals bra qubits, jämfört med ytkoden.
Men att bygga en F-35 är svårare än att simulera en F-35, och att bygga en LDPC-kodfärdig enhet kommer också att vara extremt utmanande. "Två huvudsakliga saker kan hindra dessa saker från att faktiskt ta över," sa Gottesman.
För det första är det svårt att skapa icke-lokala kopplingar mellan qubits, särskilt för företag som IBM som gör qubits av orörliga supraledande kretsar. Att ansluta dessa kretsar med sina grannar är naturligt, men att skapa länkar mellan avlägsna qubits är det inte.
Beskrivning
För det andra utmärker LDPC-koder när deras skyddade qubits används för minne, som de var i IBM-simuleringen. Men när det gäller att använda de oklara, överlappande qubits för beräkningar, gör den trassliga, icke-lokala kodstrukturen det mycket svårare att välja och styra de önskade qubits.
"Vi vet att det i princip är möjligt att göra dessa beräkningar," sade Gottesman, som skissade ut ett schema för att göra det i sitt arbete 2013. "Men vi vet inte om det är möjligt att göra det på ett riktigt praktiskt sätt."
Lukin och kollegor tog blygsamma steg mot att ta itu med dessa primära svagheter. För det första simulerade teamet end-to-end-beräkning genom att smälta ett LDPC-skyddat kvantminne med en ytkodskyddad kvantprocessor. I det schemat överlevde qubit-besparingarna i stort sett beräkningsbördan, men till priset av att beräkningen tog längre tid att köra.
Dessutom skräddarsydde Lukins team sina simuleringar till en typ av free-roaming qubits som är en naturlig passform för att arrangera långväga anslutningar. Till skillnad från de stationära supraledande kretsarna är deras qubits atomer som hålls av laserstrålar. Genom att flytta lasrarna kan de bringa avlägsna qubits i kontakt. "Detta är fantastiskt för LDPC-koder," sa Breuckmann.
När – eller till och med om – LDPC-koder kommer att bli praktiska är fortfarande osäkert. Demonstrationer av tiotals tillförlitliga minnesqubits är sannolikt åtminstone några år bort, även i de mest rosa prognoserna, och beräkningarna ligger längre bort. Men de senaste simuleringarna får ytkoden att alltmer verka som en språngbräda på vägen till kvantberäkning, snarare än destinationen.
"Det finns en anledning till att ytkoden har funnits i 20 år," sa Breuckmann. "Det är svårt att slå, men nu har vi bevis på att vi faktiskt kan slå det."
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Fordon / elbilar, Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- ChartPrime. Höj ditt handelsspel med ChartPrime. Tillgång här.
- BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
- Källa: https://www.quantamagazine.org/new-codes-could-make-quantum-computing-10-times-more-efficient-20230825/
- : har
- :är
- :inte
- :var
- ][s
- 000
- 1
- 10
- 100
- 12
- 15%
- 1998
- 20
- 20 år
- 2012
- 2013
- a
- förmåga
- Om oss
- AC
- tillgång
- faktiska
- faktiskt
- lagt till
- adresse
- Efter
- algoritmer
- Alla
- tillåts
- tillåter
- längs
- redan
- också
- bland
- mängd
- an
- och
- Andrew
- något
- syntes
- aptit
- ÄR
- runt
- ankomst
- AS
- At
- undvika
- bort
- BAND
- baserat
- BE
- blev
- därför att
- blir
- varit
- börjat
- mellan
- större
- Blockera
- Block
- ombord
- nål
- föra
- bristol
- Byggnad
- belastning
- men
- by
- beräkningar
- kalifornien
- kallas
- KAN
- kapabel
- försiktigt
- vissa
- utmanar
- utmanande
- tecken
- ta
- kontroll
- Kontroller
- chicago
- chip
- valda
- klan
- klass
- koda
- koder
- samverkan
- kollegor
- kommer
- kommande
- Företag
- jämfört
- beräkning
- beräkningar
- datorer
- databehandling
- anslutna
- Anslutning
- Anslutningar
- ansluter
- anses
- kontakta
- Corner
- Pris
- kunde
- skapa
- Skapa
- Cross
- Aktuella
- dag
- demonstreras
- beroende
- Designa
- betecknad
- önskas
- destination
- anordning
- enheter
- DID
- digital
- diskutera
- do
- gör
- inte
- ner
- nackdelen
- dussintals
- varje
- lätt
- effektiv
- effektivt
- början till slut
- fel
- fel
- speciellt
- väsentligen
- beräknad
- Även
- bevis
- exakt
- excel
- Utför
- Exotic
- experimentell
- utforska
- extra
- extremt
- Misslyckades
- Misslyckande
- långt
- Med
- få
- färre
- passa
- Fast
- platta
- För
- prognoser
- hittade
- fyra
- från
- förverkligande
- fullständigt
- ytterligare
- framtida
- lek
- få
- Gold
- GULDMYNTFOT
- god
- kraftigt
- Rutnät
- Grupp
- Gruppens
- hade
- Hård
- hårdare
- hårdvara
- Harvard
- Harvard Universitet
- Har
- headed
- Held
- hjälpa
- här.
- dold
- Dölja
- höggradigt
- hans
- hoppas
- Hur ser din drömresa ut
- HTTPS
- Hundratals
- IBM
- if
- genomföras
- förbättra
- in
- Inklusive
- alltmer
- Oändlig
- påverkas
- informationen
- ingång
- Institute
- in
- introducerade
- involverade
- IT
- DESS
- tidskriften
- bara
- Ha kvar
- King
- Vet
- känd
- till stor del
- större
- Lasern
- lasrar
- Efternamn
- språng
- t minst
- Led
- mindre
- tycka om
- sannolikt
- LINK
- länkar
- Lång
- längre
- UTSEENDE
- förlorar
- lägre
- gjord
- magasinet
- Huvudsida
- göra
- GÖR
- manipuleras
- många
- kartor
- Maryland
- me
- Medlemmar
- Minne
- meddelande
- kanske
- Feltändning
- misstag
- blygsam
- modifierad
- mer
- mer effektiv
- mest
- rörliga
- mycket
- multipel
- Natural
- Behöver
- behövs
- grannar
- Varken
- Nederländerna
- Nya
- Nej
- nu
- antal
- objekt
- of
- sänkt
- Ofta
- on
- ONE
- endast
- Verksamhet
- or
- beställa
- organiserar
- Övriga
- vår
- ut
- över
- paritet
- bana
- granskad
- Utföra
- prestanda
- utför
- kanske
- Fysik
- Planen
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Möjligheten
- möjlig
- potentiell
- kraft
- Praktisk
- praktiken
- konservering
- primär
- Principen
- process
- Processorn
- processorer
- skydda
- skyddad
- skydda
- publicerade
- Quantamagazin
- Quantum
- kvantalgoritmer
- kvantdatorer
- kvantkalkylering
- kvantfelkorrigering
- kvantinformation
- qubit
- kvantbitar
- sällan
- Betygsätta
- snarare
- Raw
- verklig
- verkligen
- Anledningen
- senaste
- hänvisar
- pålitlig
- förblir
- resterna
- Rapporterad
- Obligatorisk
- Krav
- forskning
- forskaren
- forskare
- resultera
- återgår
- höger
- stigande
- väg
- ungefär
- Körning
- rinnande
- Ryssland
- säker
- Nämnda
- Samma
- Besparingar
- såg
- Skala
- ordningen
- se
- se
- verka
- visade
- liknande
- simulering
- enda
- mindre
- mjukt
- Snoop
- So
- några
- något
- tala
- spent
- ande
- Spridning
- kvadrat
- standard
- igång
- Ange
- Steg
- fastklibbning
- Sluta
- starkt
- struktur
- studier
- lämnats
- väsentlig
- sådana
- föreslå
- supraledande
- yta
- överraskad
- Överlevde levde~~POS=HEADCOMP
- System
- skräddarsydd
- tar
- uppgift
- grupp
- tekniskt
- Teknologi
- tiotals
- termin
- testa
- än
- den där
- Smakämnen
- den information
- Nederländerna
- världen
- deras
- Dem
- sedan
- teoretiska
- Där.
- Dessa
- de
- sak
- saker
- tror
- detta
- de
- hela
- tid
- gånger
- till
- i dag
- dagens
- tillsammans
- tolerans
- alltför
- tog
- seg
- mot
- omvandla
- tunnel
- vände
- Dubbelt
- två
- Typ
- Osäker
- universitet
- University of Chicago
- till skillnad från
- avtäckt
- användning
- Begagnade
- med hjälp av
- olika
- mycket
- Virtuell
- var
- Sätt..
- we
- webp
- vecka
- VÄL
- były
- Vad
- när
- om
- som
- medan
- VEM
- kommer
- vind
- med
- ord
- Arbete
- världen
- skulle
- år
- ännu
- Om er
- zephyrnet